CN116376198A - 一种电路板用高热导率微波复合介质材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电路板用高热导率微波复合介质材料及其制备方法，涉及电路板材料技术领域。电路板用高热导率微波复合介质材料，按体积份数计，其原料包括：聚四氟乙烯30‑47.5份，SiO2石英砂10‑15份，BN陶瓷粉25‑40份，Al2O3陶瓷粉5‑15份，液晶聚合物2.5‑7.5份。本发明的电路板用高热导率微波复合介质材料利用Al2O3陶瓷粉部分取代BN陶瓷粉来提高热导率、降低损耗，利用微纤状液晶聚合物(LCP)替代传统的玻璃纤维，提高机械性能，介电损耗在0.0014以下，热导率大于1.3W/m·K，热膨胀系数在60ppm/℃以下，可以作为高功率微波基板材料应用于高功率微波系统的电路板中。
Description
技术领域
本发明涉及电路板材料技术领域，尤其是涉及一种电路板用高热导率微波复合介质材料及其制备方法。
背景技术
随着电子信息技术的不断发展，在诸如5G移动通信、大型卫星基站、电子导航系统、雷达系统和物联网应用等领域里，电子产品朝着信号传输的高功率、高速化方向不断更新换代。在以“5G”通信概念为核心的这一轮产业升级中，大量的高功率应用场景不断涌现，相关应用需求催生了市场对于适用于高功率系统中电路板的具有更高性能微波介质材料的迫切期待。
聚四氟乙烯(PTFE)具有较低的介电常数和介电损耗，理化性质稳定，是制备复合材料的理想聚合物，适用于高功率基板材料。但PTFE导热性差、热膨胀系数较大，易产生热膨胀、热疲劳和热变形等问题。而高功率基板要求基板材料具有高的热导率、低介电损耗的同时，其他各项介电性能、热学性能和力学性能优异。因此，还需要从改善PTFE复合介质材料的热导率、介电损耗、热膨胀系数和机械性能着手，改善PTFE复合介质材料的介电性能、热学性能和力学性能。
通过复合可以把填料和PTFE的优势相结合，并弥补PTFE的不足之处。现有技术常通过添加高导热无机陶瓷粉体来提高热导率。中国专利申请CN112551945A公开了一种聚四氟乙烯-陶瓷复合材料，含有聚四氟乙烯50～70wt％，微波介质陶瓷粉填料30～50wt％，其制得的聚四氟乙烯-陶瓷复合材料具有较低的介电常数、热膨胀系数和不错的热导率，热导率达0.45W/(m·K)-0.82W/(m·K)，同时该材料的介电损耗偏低，达0.0015-0.002，但未对提升复合介质材料的介电损耗性能、热学性能和机械性能做进一步的研究，且材料的热导率不高，介电损耗和热膨胀系数还有下降的空间。
Rogers商用板材RT/duroid 6035采用SiO2/BN/PTFE模式，其生产的复合微波介质材料具有高热导率，较低介电损耗的特点，热导率达1.24W/(m·K)，介电损耗为0.0017。该产品导热性能优异，但介电损耗和热膨胀系数还有下降的空间，需要在保持复合介质材料具有高热导率(大于1.2W/(m·K))的前提下，进一步降低复合介质材料的介电损耗和热膨胀系数。
此外，普通的陶瓷/聚合物两相复合材料要想拥有更高的热导率、介电常数或是更小的热膨胀系数，往往需要将陶瓷填料的填充比例不断增加，但是高填充比例下陶瓷颗粒的团聚会使得材料的致密度迅速下降，吸水率和微波损耗急剧上升，同时伴随材料机械性能、导热性能恶化。以上因素限制了陶瓷/聚合物两相复合材料的应用范围，为了解决这个问题，常见的解决方案就是向两相复合材料中加入玻璃纤维等增强相，构成陶瓷/玻璃纤维/聚合物三相复合材料。通过这种方式可以有效提升复合材料机械强度，增加尺寸稳定性，同时降低热膨胀系数。
Rogers商用板材RT/duroid 6002即是采用二氧化硅/玻璃纤维/PTFE的模式，其介电常数为2.94，损耗为0.0012，z方向热膨胀系数仅为24ppm/℃。采用玻璃纤维改性也有相当的局限性，其一是玻璃纤维与PTFE基体的界面存在着粘接性差、容易引入气孔、易吸水的问题，这会增大材料的介电损耗；其二是因为玻璃纤维的加入也会提高无机填料的总含量，同时玻璃纤维本身易缠绕，难以在PTFE中均匀分散，因此玻璃纤维的添加比例也不能太高。
因此，急需研究一种适用于高功率系统中电路板的复合介质材料，在加入低量的无机填料，保持复合介质材料具有高热导率(大于1.2W/(m·K))的前提下，进一步降低复合介质材料的介电损耗和热膨胀系数，同时还能规避以玻璃纤维这样的无机填料作为第三相的局限性，降低成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种电路板用高热导率微波复合介质材料及其制备方法，解决现有技术中无法在保持电路板用高热导率微波复合介质材料高热导率的前提下进一步降低材料介电损耗、减少材料热膨胀系数、降低原料成本的技术问题。
本发明的一方面提供一种电路板用高热导率微波复合介质材料，按体积份数计，其原料包括：
聚四氟乙烯30-47.5份，SiO2石英砂10-15份，BN陶瓷粉25-40份，Al2O3陶瓷粉5-15份，液晶聚合物2.5-7.5份。
优选的，所述SiO2石英砂的平均粒径为10-20微米级；所述Al2O3陶瓷粉的平均粒径为10-20微米级；所述BN陶瓷粉的平均粒径为5-10微米级。
优选的，所述液晶聚合物为，以对羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘酸为主链的热致性液晶聚合物。
优选的，所述Al2O3陶瓷粉占BN陶瓷粉和Al2O3陶瓷粉总量的5-40vol％；所述液晶聚合物占聚四氟乙烯和液晶聚合物的总量的0.1-20vol％。
优选的，所述Al2O3陶瓷粉占BN陶瓷粉和Al2O3陶瓷粉总量的13-27vol％，所述液晶聚合物占聚四氟乙烯和液晶聚合物的总量的5-10vol％。
优选的，所述电路板用高热导率微波复合介质材料的原料，还包括表面改性剂；所述表面改性剂的加入量为SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉的总和的1-2wt％。
优选的，所述表面改性剂用于，对SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉中的至少一种进行表面改性。
优选的，所述电路板用高热导率微波复合介质材料，按体积份数计，其原料包括：聚四氟乙烯45-47.5份、SiO2石英砂12.5份、BN陶瓷粉27.5-32.5份、Al2O3陶瓷粉5-10份、液晶聚合物2.5-5份。
另一方面，本发明提供一种电路板用高热导率微波复合介质材料的制备方法，包括以下步骤：
将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉、液晶聚合物和聚四氟乙烯分散至第二有机溶剂中搅拌，静置分层去上清液，随后烘干；
烘干后，粉碎并压制成生胚，随后将生胚烧结，得到电路板用高热导率微波复合介质材料。
优选的，烧结过程中，升温速率为0.5-5℃/min，烧结温度为340-370℃，烧结时间为4-6h。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明的电路板用高热导率微波复合介质材料，在聚四氟乙烯(PTFE)中加入低填充量的复配的石英砂和BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉，弥补PTFE的不足，使得SiO2/BN/PTFE复合介质材料保持高热导率的同时，介电损耗更低、热膨胀系数更低；并且Al2O3陶瓷粉能部分取代BN陶瓷粉，降低原料成本。
(2)本发明的电路板用高热导率微波复合介质材料，还采用微纤状液晶聚合物替代传统的玻璃纤维，并部分取代PTFE。液晶聚合物(LCP)作为一种低阻抗、高耐候的工程塑料，具有优秀的微波乃至毫米波介电性能；并且，LCP是热致性聚合物材料，其结构兼有刚性和柔性单体，它的刚性分子链极易取向，且松弛时间较长，在冷却过程中可以形成规整的微纤状结构，因此可以在陶瓷/PTFE体系中填补空缺，对聚四氟乙烯和陶瓷相起到连接作用，使得复合材料内部的有机相的受热膨胀得到抑制，提升复合材料致密度，降低复合材料的线性热膨胀系数。液晶聚合物与陶瓷粉、石英砂等相容性好，能够与聚四氟乙烯和陶瓷相构建更加紧密的三相结构，增强复合材料机械强度、降低复合材料的线性热膨胀系数，提升复合材料整体性能；并且，微纤状液晶聚合物低量加入即可产生上述的效果，可规避以玻璃纤维这样的无机填料作为第三相的局限性。
(3)本发明的电路板用高热导率微波复合介质材料具有热导率高、材料介电损耗低、材料热膨胀系数小、原料成本经济等特点，适合在高功率应用的设备中作为电路板材料使用，具体的，能够作为高功率高频化基板材料应用于高功率射频和微波设备的电路板中，适用于5G通讯、人工智能、激光雷达、万物互联、自动驾驶等技术领域。同时，本发明的复合介质材料在较低的烧结温度下即可制得，降低了生产成本，且制备方法操作简单，可大规模进行生产，具有良好的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的电路板用高热导率微波复合介质材料的扫描电镜图；
图2为对比例3制备的复合介质材料的扫描电镜图；
图3为对比例4制备的复合介质材料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护的范围。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
本发明一方面提供一种电路板用高热导率微波复合介质材料，按体积份数计，其原料包括：聚四氟乙烯30-47.5份、SiO2石英砂10-15份、BN陶瓷粉25-40份、Al2O3陶瓷粉5-15份、液晶聚合物2.5-7.5份。
本发明利用Al2O3陶瓷粉部分取代BN陶瓷粉，以及液晶聚合物部分取代PTFE实现了在高热导率(大于1.3W/(m·K))的前提下降低SiO2/BN/PTFE复合介质材料热膨胀系数、介电损耗，增强机械性能，使得制备出的电路板用高热导率微波复合介质材料(具体为PTFE复合介质材料)在具有高导热性能的同时，还具备低介电损耗、较低的热膨胀系数以及优良的机械性能，可以作为高功率微波基板材料应用于高功率微波系统的电路板中，适用于5G通讯、人工智能、万物互联，自动驾驶等技术领域。
具体的，本发明制备的电路板用高热导率微波复合介质材料，介电损耗在0.0014以下，热导率大于1.3W/(m·K)，热膨胀系数在60ppm/℃以下，可以作为高功率微波基板材料应用于高功率微波系统的电路板中，适用于5G通讯、人工智能、万物互联，自动驾驶等技术领域。
本发明中，SiO2石英砂粒径为微米级，优选平均粒径为10微米至20微米级；Al2O3陶瓷粉粒径为微米级，优选平均粒径为10微米至20微米级；BN陶瓷粉粒径为微米级，优选平均粒径为5微米至10微米级。
本发明中，Al2O3陶瓷粉占BN陶瓷粉和Al2O3陶瓷粉总量的5-40vol％，优选为13 -27vol％。
本发明中，液晶聚合物为以对羟基苯甲酸(HBA)和6-羟基-2-萘酸(HNA)为主链的热致性液晶聚合物；具体的，为以对羟基苯甲酸(HBA)和6-羟基-2-萘酸(HNA)为主链的Ⅱ型热致性液晶聚合物，HBA/HNA的摩尔配比可优选为2-3:1更优选的为72：27。进一步地，液晶聚合物在使用前用粉碎机进行粉碎。
本发明中，液晶聚合物占聚四氟乙烯和液晶聚合物的总量的0.1-20vol％，优选为5-10vol％。
本发明中，上述电路板用高热导率微波复合介质材料的原料还包括：表面改性剂。表面改性剂用于，对SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉中的至少一种进行表面改性。
本发明对表面改性剂的种类不作限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。例如，表面改性剂可以为硅烷偶联剂，如KH550等。进一步地，表面改性剂的加入量为陶瓷填料粉体总量的1-2wt％。还需要说明的是，上述陶瓷填料粉体为SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉的混合物，即为SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉总和。
部分或者全部改性后的陶瓷填料粉体与聚四氟乙烯基体堆积紧密，复合材料内部的孔隙明显减少，粒子相互接触，粒子间距相对较小，可以此形成更有效的三维导热网络，将会使得热流沿着这部分的导热网络通过，促进了热导率的提升。
表面改性为：
将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉中的至少一种分散在第一有机溶剂中搅拌，加入预先经超声水解后的硅烷偶联剂混合液搅拌静置分层去上清，烘干后完成表面改性。
具体的，
将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉中的至少一种分散在第一有机溶剂中并进行搅拌，向其中缓慢均匀地加入预先经超声水解后的硅烷偶联剂混合液，继续搅拌，搅拌结束后静置分层去上清，烘干得到改性陶瓷填料粉体。
其中，第一有机溶剂为无水乙醇，陶瓷填料粉体与第一有机溶剂的体积比为1：(3-5)，进一步为1：4，搅拌的时间为1.5-3h，进一步为2h，静置的时间为5-10min；超声水解的硅烷偶联剂混合液为硅烷偶联剂、无水乙醇和水的混合液，且硅烷偶联剂、无水乙醇和水的质量比为1：(3-5)：(1-2)，进一步为1：4：1，超声时间为5-10min。
本发明中，可将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉混合后的陶瓷填料粉体进行表面改性；也可将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉中的至少一种进行表面改性后，再混合得到陶瓷填料粉体。本发明对此不作限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。在本发明的一些具体实施方式中，本发明对将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉混合后的陶瓷填料粉体进行表面改性；另一些具体实施方式中，将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉中的至少一种进行表面改性后，再混合得到陶瓷填料粉体。
在本发明的一些具体实施方式中，上述电路板用高热导率微波复合介质材料，按体积份数计，其原料包括：聚四氟乙烯45-47.5份、SiO2石英砂12.5份、BN陶瓷粉27.5-32.5份、Al2O3陶瓷粉5-10份、液晶聚合物2.5-5份。
本发明的另一方面，提供一种电路板用高热导率微波复合介质材料的制备方法，包括以下步骤：
将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉、液晶聚合物和聚四氟乙烯分散至第二有机溶剂中搅拌，静置分层去上清液，随后烘干；
烘干后，粉碎并压制成生胚，随后将生胚烧结，得到电路板用高热导率微波复合介质材料。
具体的，
S1、将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉、液晶聚合物和聚四氟乙烯分散至第二有机溶剂中并进行搅拌，搅拌结束后静置分层去上清，随后烘干。其中，第二有机溶剂为无水乙醇，第二有机溶剂与聚四氟乙烯、SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉、液晶聚合物的总体积的体积比为(3-5)：1，进一步为4：1，搅拌的时间为1.5-3h，静置的时间为5-10min。
S2、将烘干后的材料粉碎并压制成生胚，随后将生胚烧结得到电路板用高热导率微波复合介质材料。其中，升温速率为0.5-5℃/min，进一步为1℃/min，烧结温度为340-370℃，进一步为370℃，烧结时间为4-6h，进一步为5h。
本发明以下各实施例和对比例中，为避免赘述，表面改性过程如下：
将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉中的至少一种分散在无水乙醇中并进行搅拌，无水乙醇的体积为陶瓷填料粉体体积的4倍(即SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉的总合的4倍)，向其中缓慢均匀地加入预先经超声水解后的硅烷偶联剂KH550混合液，硅烷偶联剂KH550占陶瓷填料粉体总量1.5wt％的，持续搅拌2h，搅拌结束后静置10min，待分层后去上清，烘干得到改性陶瓷填料粉体。其中，超声水解的硅烷偶联剂KH550混合液为硅烷偶联剂KH550、无水乙醇和水的混合液，且硅烷偶联剂KH550、无水乙醇和水的质量比为1：4：1，超声时间为5min。
实施例1，
首先在烧杯中依次加入12.5体积份粒径为15微米的改性SiO2石英砂、27.5体积份粒径为5微米的改性BN陶瓷粉、10体积份粒径为15微米的改性Al2O3陶瓷粉和2.5体积份的LCP粉末(
A950)，分散在4倍陶瓷填料粉体总体积无水乙醇中。随后在搅拌过程中将47.5体积份的PTFE倒入烧杯中，持续搅拌2h，静置5min后，去上清，得到乳白色凝浆。然后将凝浆放入烘箱中烘干。
将烘干后的PTFE基复合材料放入粉碎机粉碎成细粉末，用粉末压片机将粉碎后的原料粉压制成直径为12mm的圆柱状生胚。最后将压制好的初料放入炉中，按1℃/min速率缓慢升温至370℃，保温5h后自然降温，即可得到电路板用高热导率微波复合介质材料。
实施例2，
不改变实施例1中石英砂和陶瓷粉的含量，将PTFE和LCP粉末的含量分别调整为45和5体积份，其他原料和方法步骤、工艺参数与实施例1相同。
实施例3，
首先在烧杯中依次加入12.5体积份粒径为20微米的改性SiO2石英砂、32.5体积份粒径为7.5微米的改性BN陶瓷粉、5体积份粒径为10微米的未改性的Al2O3陶瓷粉和2.5体积份的LCP粉末(
A950)，分散在4倍陶瓷填料粉体总体积无水乙醇中。随后在搅拌过程中将47.5体积份的PTFE倒入烧杯中，持续搅拌2h，静置5min后，去上清，得到乳白色凝浆。然后将凝浆放入烘箱中烘干。
将烘干后的PTFE基复合材料放入粉碎机粉碎成细粉末，用粉末压片机将粉碎后的原料粉压制成直径为12mm的圆柱状生胚。最后将压制好的初料放入炉中，按1℃/min速率缓慢升温至370℃，保温5h后自然降温，即可得到电路板用高热导率微波复合介质材料。
实施例4，
首先在烧杯中依次加入15体积份粒径为10微米的未改性的SiO2石英砂、37.5体积份粒径为10微米的改性BN陶瓷粉、15体积份粒径为20微米的改性Al2O3陶瓷粉和2.5体积份的LCP粉末(
A950)，分散在4倍陶瓷填料粉体总体积无水乙醇中。随后在搅拌过程中将30体积份的PTFE倒入烧杯中，持续搅拌2h，静置5min后，去上清，得到乳白色凝浆。然后将凝浆放入烘箱中烘干。
将烘干后的PTFE基复合材料放入粉碎机粉碎成细粉末，用粉末压片机将粉碎后的原料粉压制成直径为12mm的圆柱状生胚。最后将压制好的初料放入炉中，按1℃/min速率缓慢升温至370℃，保温5h后自然降温，即可得到电路板用高热导率微波复合介质材料。
实施例5，
首先在烧杯中依次加入10体积份粒径为10微米的未改性的SiO2石英砂、30体积份粒径为5微米的改性BN陶瓷粉、5体积份粒径为10微米的未改性的Al2O3陶瓷粉和7.5体积份的LCP粉末(
A950)，分散在4倍陶瓷填料粉体总体积无水乙醇中。随后在搅拌过程中将47.5体积份的PTFE倒入烧杯中，持续搅拌2h，静置5min后，去上清，得到乳白色凝浆。然后将凝浆放入烘箱中烘干。
将烘干后的PTFE基复合材料放入粉碎机粉碎成细粉末，用粉末压片机将粉碎后的原料粉压制成直径为12mm的圆柱状生胚。最后将压制好的初料放入炉中，按1℃/min速率缓慢升温至370℃，保温5h后自然降温，即可得到电路板用高热导率微波复合介质材料。
其中，
A950的制备过程为，将HBA与HNA单体经过乙酰化反应后在250℃～340℃下熔融缩聚制得，其中HBA/HNA的摩尔配比为72/27。
根据实施例1设置对比例1-8，其中对比例1-8与实施例1的区别如下表1。
表1对比例1-8与实施例1的区别表
性能测试
针对上述实施例和对比例制备得到的电路板用高热导率微波复合介质材料进行如下性能测试：
介电性能采用平行板谐振腔法按照GB/T 12636-1990标准进行测试。
弯曲强度按照ASTM D790&ISO178塑料弯曲性能的测定方法进行测试。
拉伸强度按照ISO 527-1-2012塑料拉伸性能的测定方法进行测试。
热膨胀系数按照ISO 11359-2-1999塑料热力学分析方法对样品的热变形温度进行测试，测量温度范围为室温至200℃。
热导率按照ASTM E 1461-01闪光法测定热扩散系数测试方法进行测试。
测试结果如下表2-3。
其中，实施例1制备的电路板用高热导率微波复合介质材料的扫描电镜，如图1所示；对比例3制备的复合介质材料的扫描电镜，如图2所示；对比例4制备的复合介质材料的扫描电镜，如图3所示。
表2实施例1-5的性能测试结果表
表3对比例1-8的性能测试结果表
从上述表3中可知，对比例1-3在50％填充比例下，用改性Al2O3陶瓷粉部分取代BN的PTFE复合材料与未用Al2O3的PTFE复合材料相比具有更好的介电性能和热学性能，可见填充Al2O3能在高热导率(大于1.3W/(m·K))的前提下降低PTFE复合材料的介电损耗，改善热膨胀系数，提升介电性能和热学性能。对比实施例1和对比例6可以看出，当部分取代BN的改性Al2O3陶瓷粉含量过高时，会使得复合材料热导率急剧下降，因此改性Al2O3陶瓷粉不能过量填充。
对比实施例1-3和对比例2-3可以直观看出，在不改变陶瓷粉体填充含量的情况下，用液晶聚合物部分取代PTFE能保持未用液晶聚合物部分取代的PTFE复合材料优异的电学与热学性能，同时还能降低PTFE复合材料的热膨胀系数，提高弯曲强度和拉伸强度，增强材料的机械性能和热学性能。对比图1和图2可以看到，实施例1所制备的PTFE复合材料存在着上下朝向的LCP纤维，LCP纤维和PTFE相容性良好，在界面处紧密连接，对聚四氟乙烯和陶瓷相起到连接作用，同时相比图2中的未填充LCP的复合材料，实施例1所制备的复合材料结构更加致密，材料内部几乎观察不到孔洞和空隙，说明LCP纤维能够与聚四氟乙烯和陶瓷相构建更加紧密的三相结构，从而增强复合材料的机械性能和热学性能，使得材料性能更佳。
对比实施例1和对比例4以及图1和图3可以看出，当LCP含量过高时，大量的LCP开始团聚成块，破坏了复合材料原有的结构，导致材料内部孔隙和空洞增加，致密度下降，从而使得材料介电常数下降，损耗上升，热学性能和力学性能恶化。同时对比实施例1和对比例5可以看出，采用LCP部分取代PTFE的复合材料相比于用玻璃纤维部分取代PTFE的复合材料具备更优异的介电性能和力学性能。
对比实施例1和对比例7可以看出，在相同配方下，由于表面改性剂能改善陶瓷粉颗粒和PTFE基体的相容性，使得陶瓷相和PTFE基体紧密堆积，填充改性陶瓷粉体相较于填充未改性陶瓷粉体的PTFE复合材料具有更优良的介电性能、热学性能和力学性能。对比实施例1和对比例8可以看出，在烧结过程中，若升温速率过高，会导致复合材料烧结不充分，致密度下降，从而使得复合材料性能恶化。
从上述实施例1-5的性能测试表格来看，相较于其他商用聚四氟乙烯基复合介质材料，本发明所提供的电路板用高热导率微波复合介质材料在介电性能、热学性能和机械性能已达到商用聚四氟乙烯的水平；相较于其他商用聚四氟乙烯基复合介质材料，本发明所制备得到的聚四氟乙烯基复合介质材料介电损耗在0.0014以下，热导率大于1.3W/(m·K)，热膨胀系数在60ppm/℃以下，同时机械性能优良，适合于5G通讯中的高功率部件在高温环境下的使用需求。
以上测试结果表明，本发明全面地改善了聚四氟乙烯复合材料的介电损耗、热膨胀系数、机械性能、导热性能、介电性能等，使制备的电路板用高热导率微波复合介质材料在具有高导热性能的同时，还具备低介电损耗、较低的热膨胀系数以及优良的机械性能，可以应用于高功率射频和微波设备，推动5G通讯、人工智能、万物互联，自动驾驶等技术领域的建设发展。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电路板用高热导率微波复合介质材料，其特征在于，按体积份数计，其原料包括：
聚四氟乙烯30-47.5份，SiO2石英砂10-15份，BN陶瓷粉25-40份，Al2O3陶瓷粉5-15份，液晶聚合物2.5-7.5份。
2.根据权利要求1所述的电路板用高热导率微波复合介质材料，其特征在于，所述SiO2石英砂的平均粒径为10-20微米级；所述Al2O3陶瓷粉的平均粒径为10-20微米级；所述BN陶瓷粉的平均粒径为5-10微米级。
3.根据权利要求1所述的电路板用高热导率微波复合介质材料，其特征在于，所述液晶聚合物为，以对羟基苯甲酸(HBA)和6-羟基-2-萘酸(HNA)为主链的热致性液晶聚合物。
4.根据权利要求1所述的电路板用高热导率微波复合介质材料，其特征在于，所述Al2O3陶瓷粉占BN陶瓷粉和Al2O3陶瓷粉总量的5-40vol％；所述液晶聚合物占聚四氟乙烯和液晶聚合物的总量的0.1-20vol％。
5.根据权利要求4所述的电路板用高热导率微波复合介质材料，其特征在于，所述Al2O3陶瓷粉占BN陶瓷粉和Al2O3陶瓷粉总量的13-27vol％，所述液晶聚合物占聚四氟乙烯和液晶聚合物的总量的5-10vol％。
6.根据权利要求1所述的电路板用高热导率微波复合介质材料，其特征在于，所述电路板用高热导率微波复合介质材料的原料，还包括表面改性剂；所述表面改性剂的加入量为SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉的总和的1-2wt％。
7.根据权利要求6所述的电路板用高热导率微波复合介质材料，其特征在于，所述表面改性剂用于，对SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉中的至少一种进行表面改性。
8.根据权利要求1所述的电路板用高热导率微波复合介质材料，其特征在于，所述电路板用高热导率微波复合介质材料，按体积份数计，其原料包括：聚四氟乙烯45-47.5份、SiO2石英砂12.5份、BN陶瓷粉27.5-32.5份、Al2O3陶瓷粉5-10份、液晶聚合物2.5-5份。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的电路板用高热导率微波复合介质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将SiO2石英砂、BN陶瓷粉、Al2O3陶瓷粉、液晶聚合物和聚四氟乙烯分散至第二有机溶剂中搅拌，静置分层去上清液，随后烘干；
烘干后，粉碎并压制成生胚，随后将生胚烧结，得到电路板用高热导率微波复合介质材料。
10.根据权利要求9所述的电路板用高热导率微波复合介质材料的制备方法，其特征在于，烧结过程中，升温速率为0.5-5℃/min，烧结温度为340-370℃，烧结时间为4-6h。
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| 石安富 等主编: "《工程塑料手册》", 31 March 2003, 上海科学技术出版社, pages: 912 - 916 * |
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